การทำฟาร์มภายใต้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ช่วยประหยัดน้ำและสร้างพลังงาน

การทำฟาร์มภายใต้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ช่วยประหยัดน้ำและสร้างพลังงาน

สวนเปิดโล่งแบบดั้งเดิมตั้งอยู่ติดกับระบบ agrivoltaics ซึ่งปลูกพืชภายใต้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ การศึกษาได้ดำเนินการที่ Biosphere 2 ซึ่งสามารถมองเห็นได้ในพื้นหลัง (เครดิต: Patrick Murphy / U. Arizona)

รายงานการวิจัยเรื่องพืชไร่ภายใต้แผงโซลาร์เซลล์ซึ่งเรียกว่า agrivoltaics สามารถเพิ่มการผลิตอาหารการประหยัดน้ำและประสิทธิภาพของการผลิตไฟฟ้า

การสร้างความยืดหยุ่นในการใช้พลังงานหมุนเวียนและการผลิตอาหารเป็นความท้าทายพื้นฐานในโลกที่กำลังเปลี่ยนแปลงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคที่เสี่ยงต่อความร้อนและภัยแล้ง

Agrivoltaics หรือที่เรียกว่าการแบ่งปันพลังงานแสงอาทิตย์เป็นแนวคิดที่ได้รับแรงฉุดในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตามมีการศึกษาเพียงเล็กน้อยที่ได้ตรวจสอบทุกด้านของระบบอาหารพลังงานและระบบน้ำที่เกี่ยวข้องและไม่มีใครให้ความสำคัญกับพื้นที่แห้ง – ภูมิภาคที่ประสบกับความท้าทายในการผลิตอาหารและการขาดแคลนน้ำ แต่มีพลังงานแสงอาทิตย์มากเกินไป

“ พวกเราหลายคนต้องการพลังงานทดแทนมากขึ้น แต่คุณจะวางแผงเหล่านั้นไว้ที่ไหน? เมื่อการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์เติบโตขึ้นพวกเขาก็มีแนวโน้มที่จะอยู่นอกเมืองและนี่คือประวัติศาสตร์ที่เราเติบโตอาหารมาแล้ว” Greg Barron-Gafford ศาสตราจารย์ภาควิชาภูมิศาสตร์และการพัฒนาของมหาวิทยาลัย อาริโซน่าและผู้เขียนนำของกระดาษใน ความยั่งยืนของธรรมชาติ.

ในที่ร่มของแผงเซลล์แสงอาทิตย์อุปกรณ์สีเขียวที่ใช้สำหรับการทดสอบมีรูปของนักแสดงเจฟฟ์แดเนียลส์เป็นตัวละครของเขาจาก Big Lebowski ซึ่งอยู่ถัดจากพืชเล็ก ๆ

นักวิจัยใช้เครื่องมือในการตรวจสอบปัจจัยสำคัญหลายประการอย่างต่อเนื่องรวมถึงระดับแสงที่เข้ามาอุณหภูมิอากาศความชื้นสัมพัทธ์อุณหภูมิพื้นผิวดินและความชื้นของดิน (ภาพถ่าย: Greg Barron-Gafford / U. Arizona)

การศึกษาล่าสุดใน ธรรมชาติ พบว่าปัจจุบัน croplands เป็น “ดินแดนที่มีศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ PV ที่ยิ่งใหญ่ที่สุด” จากการวิเคราะห์อย่างกว้างขวางของแสงแดดที่เข้ามาอุณหภูมิอากาศและความชื้นสัมพัทธ์

“ คุณชอบที่ดินแบบไหน – การผลิตอาหารหรือพลังงาน? ความท้าทายนี้เกิดขึ้นที่จุดตัดของการเชื่อมต่อระหว่างมนุษย์กับสิ่งแวดล้อมและเป็นจุดที่นักภูมิศาสตร์ส่องแสง!” Barron-Gafford ผู้ซึ่งเป็นนักวิจัยด้วย Biosphere 2 กล่าว “ เราเริ่มถามว่า ‘ทำไมไม่ทำทั้งสองอย่างในที่เดียวกัน’ และเราปลูกพืชอย่างมะเขือเทศพริกชาร์ลีคะน้าและสมุนไพรในแผงโซล่าร์ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา”

ทำในที่ร่ม

ด้วยการใช้โซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์หรือ PV แผงและผักในภูมิภาคทีมงานได้สร้างเว็บไซต์วิจัย agrivoltaics แห่งแรกที่ Biosphere 2 อาจารย์และนักศึกษาทั้งระดับปริญญาตรีและสูงกว่าจะวัดทุกอย่างตั้งแต่พืชที่งอกจนถึงปริมาณของพืชคาร์บอนที่ถูกดูดออกจากชั้นบรรยากาศและน้ำที่ปล่อยออกไปจนถึงการผลิตอาหารทั้งหมดตลอดฤดูปลูก

การศึกษามุ่งเน้นไปที่พริกไทยชิลลีพิน, จาลาเปโน่และต้นมะเขือเทศเชอร์รี่ที่วางอยู่ใต้แถวลำดับ PV ตลอดฤดูการเพาะปลูกโดยเฉลี่ยในช่วงฤดูร้อนสามเดือนนักวิจัยได้ทำการตรวจสอบระดับแสงที่เข้ามาอุณหภูมิอากาศและความชื้นสัมพัทธ์อย่างต่อเนื่องโดยใช้เซ็นเซอร์ที่ติดอยู่เหนือผิวดินและอุณหภูมิพื้นผิวดินและความชื้นที่ระดับ 5 เซนติเมตร ทั้งพื้นที่ปลูกแบบดั้งเดิมและระบบ agrivoltaic ได้รับอัตราการชลประทานเท่ากันและนักวิจัยทดสอบโดยใช้สถานการณ์การชลประทานสองแบบ – การชลประทานรายวันและการชลประทานทุกวันที่สอง

พวกเขาพบว่าระบบ agrivoltaics มีผลต่อปัจจัยสามประการที่มีผลต่อการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของพืช – อุณหภูมิอากาศแสงแดดโดยตรงและความต้องการน้ำในบรรยากาศ เฉดสีที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้นั้นส่งผลให้อุณหภูมิในตอนกลางวันเย็นลงและอุณหภูมิในตอนกลางคืนที่อบอุ่นกว่าระบบปลูกแบบเปิดโล่งแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ยังมีการขาดดุลความดันไอต่ำในระบบ agrivoltaics ซึ่งหมายความว่ามีความชื้นในอากาศมากขึ้น

“ เราพบว่าพืชอาหารของเราจำนวนมากทำได้ดีในที่ร่มของแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพราะพวกมันไม่ได้รับแสงอาทิตย์โดยตรง” Baron-Gafford กล่าว “ ในความเป็นจริงการผลิตผลไม้ชิลลีพินรวมสูงกว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ถึงสามเท่าในระบบเกษตรอินทรีย์และการผลิตมะเขือเทศยิ่งใหญ่เป็นสองเท่า!”

Jalapenos ผลิตผลไม้ในปริมาณที่ใกล้เคียงกันทั้งในระบบ agrivoltaics และพล็อตแบบดั้งเดิม แต่ทำได้ด้วย 65% ที่น้อยกว่าการสูญเสียน้ำข้ามชาติ

“ ในเวลาเดียวกันเราพบว่าเหตุการณ์ชลประทานแต่ละครั้งสามารถรองรับการเติบโตของพืชได้หลายวันไม่ใช่เพียงแค่ชั่วโมงเท่านั้นเช่นในการทำการเกษตรในปัจจุบัน การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าเราสามารถลดการใช้น้ำของเรา แต่ยังคงรักษาระดับการผลิตอาหารไว้ได้” Barron-Gafford กล่าวเสริมว่าความชื้นในดินยังคงสูงกว่าระบบ agrivoltaics ประมาณ 15% กว่าแผนการควบคุมเมื่อทำการชลประทานทุกวัน

ดีกว่าสำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์เช่นกัน

นอกเหนือจากประโยชน์ที่ได้รับจากพืชนักวิจัยยังพบว่าระบบ agrivoltaics เพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน แผงเซลล์แสงอาทิตย์มีความไวต่ออุณหภูมิ – ขณะที่อบอุ่นประสิทธิภาพจะลดลง การปลูกพืชภายใต้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ช่วยให้นักวิจัยลดอุณหภูมิของแผงเซลล์แสงอาทิตย์

“ แผงโซล่าเซลล์ที่ร้อนจัดนั้นเย็นลงจริง ๆ แล้วโดยความจริงที่ว่าพืชที่อยู่ข้างใต้นั้นปล่อยน้ำออกมาผ่านกระบวนการคายน้ำตามธรรมชาติ – เช่นเดียวกับนักต้มตุ๋นบนชานบ้านของร้านอาหารที่คุณชื่นชอบ” Barron-Gafford กล่าว

“ ทั้งหมดบอกว่านั่นคือ win-win-win ในแง่ของการปรับปรุงวิธีการปลูกอาหารของเราใช้ทรัพยากรน้ำที่มีค่าของเราและผลิตพลังงานทดแทน”

Agrivoltaics เพื่ออนาคตสีเขียว

การวิจัยของ Barron-Gafford เกี่ยวกับ agrivoltaics ได้ขยายไปถึงการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์หลายแห่งบน Tucson Unified School District หรือ TUSD ซึ่งเป็นที่ดิน โมเสส ธ อมป์สันซึ่งแบ่งเวลาของเขาระหว่าง TUSD และโรงเรียนวิชาภูมิศาสตร์และการพัฒนาตั้งข้อสังเกตว่าทีมยังใช้การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ TUSD เพื่อมีส่วนร่วมกับนักเรียน K-12

“ สิ่งที่ดึงดูดให้ฉันทำงานนี้คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับผู้เรียน K-12 เมื่อการมีส่วนร่วมของพวกเขาเป็นผลสืบเนื่องและการวิจัยอาศัยอยู่ในชุมชนของพวกเขา” ธ อมป์สันกล่าว “ การเปลี่ยนแปลงในพลวัตนั้นสร้างนักเรียนที่รู้สึกเป็นตัวแทนในการจัดการกับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่เช่นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ผู้เขียนกล่าวว่าจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับพันธุ์พืชเพิ่มเติม พวกเขายังทราบถึงผลกระทบที่ไม่ได้รับการสำรวจในปัจจุบันว่าอาจมีผลกระทบต่อการทำงานของพนักงานในฟาร์มทั้งทางกายภาพและทางสังคม ข้อมูลเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิผิวสามารถอยู่ที่ประมาณ 18 องศาฟาเรนไฮต์เย็นเมื่อทำงานในพื้นที่ agrivoltaics กว่าในการเกษตรแบบดั้งเดิม

“ การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศกำลังส่งผลกระทบต่อการผลิตอาหารและสุขภาพของคนงานในฟาร์มในรัฐแอริโซนา” แกรี่นาแบนผู้ร่วมงานด้านการเกษตรในเซาท์เวสต์เซ็นเตอร์กล่าว “ สหรัฐอเมริกาตะวันตกเฉียงใต้เห็นจังหวะความร้อนและการเสียชีวิตเนื่องจากความร้อนในหมู่คนงานในฟาร์มของเรา นี่อาจส่งผลกระทบโดยตรงเช่นกัน”

Barron-Gafford และทีมกำลังทำงานร่วมกับห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติของกระทรวงพลังงานสหรัฐในการประเมินว่าแนวทางการทำงานแบบ agrivoltaics สามารถทำงานในภูมิภาคอื่น ๆ ของประเทศได้อย่างไรและนโยบายระดับภูมิภาคสามารถส่งเสริมการยอมรับแนวทางใหม่ ๆ เพื่อแก้ปัญหาที่แพร่หลายเหล่านี้

“ ลองจินตนาการถึงผลกระทบที่เรามีต่อชุมชนของเรา – และโลกที่กว้างขึ้น – โดยการคิดอย่างสร้างสรรค์เกี่ยวกับการเกษตรและการผลิตพลังงานทดแทนด้วยกัน” ผู้เขียนร่วม Andrea Gerlak ศาสตราจารย์โรงเรียนภูมิศาสตร์และการพัฒนาในวิทยาลัยสังคมและพฤติกรรม วิทยาศาสตร์

ผู้เขียนร่วมเพิ่มเติมคือจากมหาวิทยาลัยอริิ, มหาวิทยาลัยแมริแลนด์และห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ เงินทุนสำหรับการศึกษาครั้งนี้มาจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติและห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติของกระทรวงพลังงาน

credit : https://th.climateimpactnews.com/solutions/3294-farming-under-solar-panels-saves-water-and-creates-energy